체온으로 전기 만든다...화학연, 인쇄하듯 손쉽게 만드는 유연 열전소재 개발

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연구팀이 개발한 금 나노입자를 표면에 결합한 판상형 혁린소재. 10원짜리 동전과 비슷한 크기의 이미지.
<연구팀이 개발한 금 나노입자를 표면에 결합한 판상형 혁린소재. 10원짜리 동전과 비슷한 크기의 이미지.>

국내 연구진이 체온으로 전기를 생산하는 열전소재를 인쇄하듯 간단하게 만들 수 있는 기술을 개발했다. 공기 중에서 취약했던 기존 열전소재의 단점을 해소한데다 유연해 웨어러블 기기 자가 전원용으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

기존 열전소재는 제조공정이 까다롭고 복잡해 제작이 어려웠고, 효율이 낮으면서도 비싸 상용화가 어려웠다. 또 공기 중에서 쉽게 산화되는데다 깨지기 쉬워 유연하게 만들 수 없었다.

한국화학연구원(원장 김성수)은 조성윤 박사 연구팀이 인쇄 공정으로 유연한 열전소자를 만들 수 있는 용액형 열전소재 원천기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 재료화학 분야 권위지인 '어드밴스트 펑셔널 머티리얼스' 표지 논문으로 선정됐다.

연구팀은 흑린 덩어리를 얇은 층의 판으로 떼어낸 후 표면에 금속 나노입자를 결합해 공기 중 안정성을 높이고 전기전도도를 향상시킨 열전소재를 개발했다. 물과 에탄올 혼합용매에 흑린판과 금 나노입자 전구체를 분산시켜 화학반응으로 금 나노입자가 흑린판 표면에 결합되도록 해 흑린판이 쉽게 산화되지 않도록 공기 접촉을 막았다.

인쇄공정으로 제작한 유연 열전소자 모습
<인쇄공정으로 제작한 유연 열전소자 모습>

또 용액에 분산된 새로운 소재를 고무 기판 구멍에 떨어뜨리는 잉크젯 프린팅 형태로 쉽고 저렴하게 제작할 수 있도록 했다.

이렇게 개발한 소재는 전기전도도가 기존 흑린보다 약 6만배 높고 열전 특성도 우수하다. 금 나노입자 함량을 조절해 열전특성을 용도에 맞게 제어하는 것도 가능하다.

조성윤 박사는 “그동안 열전소재로 활용할 가능성은 있지만 안정성 등에 문제가 있었던 흑린 소재의 문제점을 크게 개선하고 유연성을 더했다”면서 “체온을 웨어러블 기기의 자가 전원으로 활용할 수 있는 가능성을 열었다”고 설명했다.

김순기기자 soonkkim@etnews.com

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